已知函数f(x)=
(I)求实数b、c的值; (Ⅱ)求f(x)在区间[-1,2]上的最大值; (Ⅲ)对任意给定的正实数a,曲线y=f(x)上是否存在两点P、Q,使得△POQ是以O为直角顶点的直角三角形,且此三角形斜边中点在y轴.若存在请证明,若不存在说明理由. |
(Ⅰ)当x<1时,f'(x)=-3x2+2x+b.
依题意,得
即f(0)=0 f′(-1)=-5
解得b=c=0.…(4分)c=0 -3-2+b=-5
(II)由(I)知,f(x)=-x3+x2,x<1 alnx,x≥1.
①当-1≤x<1时,f′(x)=-3x2+2x=-3x(x-
),2 3
令f′(x)=0得x=0或x=
.x变化时,f'(x),f(x)的变化如下表:2 3
x | (-1,0) | 0 | (0,
|
| (
| ||||||
f'(x) | - | 0 | + | 0 | - | ||||||
f(x) | 单调递减 | 极小值 | 单调递增 | 极大值 | 单调递减 |
2 |
3 |
4 |
27 |
∴f(x)在[-1,1)上的最大值为2.
②当1≤x≤2时,f(x)=alnx.
当a≤0时,f(x)≤0;当a>0时,f(x)在[1,2]上单调递增,
∵f(x)在[1,2]上的最大值为aln2.
综上所述,当aln2≤2,即a≤
时,f(x)在[-1,2]上的最大值为2;2 ln2
当aln2>2,即a>
时,f(x)在[-1,2]上的最大值为aln2.…(10分)2 ln2
(III)假设曲线y=f(x)上存在两点P、Q满足题设要求,
则点P、Q只能在y轴的两侧,不妨设P(t,f(t))(t>0),则Q(-t,t3+t2),
显然t≠1∵△POQ为直角三角形,∴
•OP
=0,即-t2+f(t)(t3+t2)=0.(1)OQ
是否存在P、Q等价于方程(1)是否有解.若0<t<1,则f(t)=-t3t2,
代入(1)式得,-t2+(-t3+t2)(t3+t2)=0,即t4-t2+1=0,而此方程无实数解,
因此t>1.∴f(t)=alnt,代入(1)式得,-t2+(alnt)(t3+t2)=0,
即
=(t+1)lnt(*)考察函数h(x)=(x+1)lnx(x≥1),1 a
则h′(x)=lnx+
+1>0,∴h(x)在[1,+∞)上单调递增,1 x
∵t>1,∴h(t)>h(1)=0,当t→+∞时,h(t)→∞,
∴h(t)的取值范围是(0,+∞)
∴对于a>0,方程(*)总有解,即方程(1)总有解.
因此对任意给定的正实数a,曲线y=f(x)上总存在两点P、Q使得△POQ是以点O为直角顶点的直角三角形,且此三角形斜边中点在y轴上.…(14分)